真空断路器的操作过电压

真空断路器是利用真空的绝缘和灭弧性能构成的开关设备。它的触头在密封的真空室内分、合电路的，触头切断电流时，有金属蒸汽离子形成电弧，而无气体的碰撞游离，因金属蒸汽离子的扩散及再复合过程非常迅速，从而能快速灭弧和恢复原来的真空度，可经受多次分、合闸而不降低开断能力。因此真空断路器具有维护工作量小、断流容量大、适宜频繁操作等许多优点，但真空断路器在运行中发生的操作过电压问题较普遍。 

真空断路器在接通和分断电路时，都可能发生操作过电压。真空断路器的触头合闸时一般存在不同程度的弹跳现象，因而发生过电压。但接通电路时，触头间距随时间增长很快消失，触头间出现的过渡电压呈下降趋势，因此，过电压的峰值一般较低，对设备没有多大威胁。影响设备安全运行的主要是断开电路时产生的过电压，即截流过压、电弧重燃过电压、三相同时截流过电压。

由于在截流、重燃或三相同时断开时等原因产生过电压，造成设备损坏，且由于真空断路器灭弧能力极强， 开断时引起的过电压会造成高压设备绝缘击穿、回路设备故障甚至断路器等损坏、高压开关柜烧毁等事故发生。真空断路器的操作过电压是由于电路中存在电感、电容储能器件，开关操作瞬间释放能量在电路中产生电磁振荡而实现的。真空断路器操作过电压的产生真空断路器在开断变压器等感性负载时， 产生的操作过电压分为截流过电压、三相同时截流过电压和多次重燃过电压。

真空断路器的操作过电压

真空断路器的操作过电压主要有截流过电压、重燃高频过电压、重击穿过电压、弹跳过电压等。截流过电压和重燃过电压一般在开合感性负荷时产生；重击穿过电压和弹跳过电压一般在开合容性负荷时产生。

1.截流过电压

真空断路器在开断交流电流时，由于其极强的灭弧能力，在电流尚未到达自然零点时，电弧熄灭，电流被强迫截断，这就是截流现象。由于电流被迅速截断，电感负荷的磁场能就转化为电场能，引起截流过电压。当设备的入口电容较小时，过电压倍数就越高，对系统和设备的绝缘产生极不利的影响。

真空断路器的截流水平主要取决于断路器触头电极所用的材料。目前，各国广泛采用的CuCr触头材料的截流水平约为5A。

真空断路器的截流水平也决定了截流过电压的大小。另外，真空断路器所开合负荷的性质在连接电缆的长度对于截流过电压也有很大的影响。

负荷越小，元件就越呈感性的特征。因而在电流截断时刻储存在电感上的磁能就越大，如被断开负荷的入口电容越小，由磁能转化为电场能所产生的截流过电压程度就越高。

被断开负荷附设的电缆越长，电容就越大，因而过电压就低。当电缆长度超过一定值时，就可以将截流过电压限制在系统允许值（3.2倍最大相电压幅值）以下。只要电缆长度超过200m（总对地电容约0.1µF及以上），则开断配电变压器的各类负荷均不会产生超过设备和系统允许的过电压水平。

2.重燃情况下的截流过电压

上述截流过电压的分析是没有考虑真空断路器重燃影响的。如果在触头刚分离不久就发生截流现象，截流产生的高频振荡过程，在真空断路器的触头间的恢复电压以很快的速度上升。由于此时触头间距很小，因而容易被击穿，即发生重燃。

重燃时在负荷侧和电源侧发生高频振荡过程，在间隙中将流过较大的高频电流，高频电流过零熄弧后，如果负荷上储存的能量足够大，它又转化为过电压，使触头间隙再次击穿。如此反复多次，直到触头间的介质恢复强度已足够高，产生的过电压不能再使间隙击穿为止，电路最终被开断。因此，决定此种情况的过电压特性将不再完全是由截流值，同时还包括了真空间隙的介质恢复强度特性。

一般来说，由于重燃的作用使得储存在负荷电感上的能量有一部分回到电源侧，从而使得截流过电压有所降低。这是因为一方面触头重燃相当于限压间隙动作；另一方面，在多次重燃过程中，由于振荡回路中的能量不断减少，使过电压幅值降低。

特别要指出，重燃虽可使截流过电压的幅值有所降低，但是在真空断路器重燃的过程中将产生高频振荡，导致产生高频过电压。重燃产生的高频过电压频率在电缆长度较短时是很高的。这样的高频过电压即使其幅值不大，对变压器的纵绝缘还是有危害的。因此对于绝缘比较薄弱的变压器（例如运行时间已较长的变压器、干式绝缘变压器等）需要限制重燃过电压的频率。

计算分析表明，加长连接电缆的长度可以有效地降低重燃过电压的频率。在负荷侧并联电容器的效果跟延长电缆长度是一样的，它将减缓过电压的前沿陡度。因此，对于绝缘比较薄弱的变压器，在连接电缆较短时，应在变压器的高压端并联电容器来降低重燃过电压的频率，典型的数值可取0.1～0.2µF。这里特别要注意的是MOA对于限制截流过电压的幅值是很有效的，但起不到限制重燃过电压产生高频率的作用。

3.开断高压电动机时的操作过电压

真空断路器开断高压电动机，也是开断感性负荷。尤其是在开断电动机起动电流时，因起动电流很大，引起继电保护动作，断路器断开电动机，转子绕组转速接近为零，电磁暂态过程与变压器二次侧短路类似，转子绕组相当于短接的变压器二次绕组，定子绕组中的起动电流通常达5～7倍额定电流，断路器的截流值很大，从而开断制动状态的电机的截流过电压会远大于切空载电动机。它也常会发生因多次重燃过电压将电动机绕组匝间绝缘击穿。

这是因为多次重燃过电压是频率很高的高频过电压，其频率可达几百千赫至几个兆赫。高幅值的高频过电压不仅严重威胁电动机的主绝缘，而且对绕组匝间绝缘也构成严重的危害。